Influência do tratamento térmico de recozimento na liga AA 3003F aplicado ao processo de hidroconformação

Abstract

O estudo apresenta uma análise do comportamento e a otimização da liga de alumínio AA 3003F em processos industriais, com foco na hidroconformação e nos efeitos do tratamento térmico de recozimento. O processo de hidroconformação destaca-se pela redução de peso e aumento da resistência mecânica das peças produzidas, além da economia de material e sustentabilidade do processo. Inicialmente, foi elaborado um diagrama gráfico, no qual buscou-se relacionar a pressão aplicada à força de trabalho durante a conformação, a fim de prever o comportamento do material e otimizar projetos. Esse diagrama de hidroconformação é uma ferramenta importante para conformação de metais, no entanto, está disponível apenas para poucas ligas na literatura, muito em função das suas especificidades, como espessura de chapa. Para tanto, utilizou-se a liga AA 3003F, pois esta liga é de fácil aquisição tanto comercial quanto financeira. O objetivo foi criar um diagrama gráfico relacionando a pressão aplicada à força de trabalho durante a conformação, a fim de prever o comportamento do material e otimizar projetos. Utilizou-se a liga AA 3003F com espessura de 0,4 mm e matriz livre para obtenção de uma semiesfera. As amostras foram submetidas a pressões progressivas (de 5 a 20 kgf/cm²), sendo analisadas por microscopia óptica para identificação de parâmetros e defeitos, resultando no diagrama de hidroconformação da liga. Seguidamente, o estudo aprofunda a análise avaliando a influência do recozimento térmico nas propriedades mecânicas da mesma liga. As amostras foram tratadas termicamente em três temperaturas (250 °C, 325 °C e 450 °C), com posterior conformação até a ruptura. Foram realizados ensaios de tração, dureza, rugosidade e análise microestrutural. Os resultados indicaram melhorias significativas: até 14% de aumento no limite de ruptura, 60% na altura de conformação (principalmente a 250 °C) e rugosidade média de 0,65 µm para aplicação industrial. A análise metalográfica confirmou encruamento nas zonas críticas, sem alterações estruturais relevantes. Em conjunto, os estudos mostram que a combinação entre hidroconformação e recozimento térmico potencializa o desempenho da liga AA 3003F, tornando-a altamente viável para aplicações industriais que exigem resistência, leveza e boa conformabilidade.

The study presents an analysis of the behavior and optimization of the AA 3003F aluminum alloy in industrial processes, with a focus on hydroforming and the effects of annealing heat treatment. The hydroforming process stands out due to its ability to reduce weight and increase the mechanical strength of the produced parts, in addition to promoting material savings and process sustainability. Initially, a graphical diagram was developed, in which an attempt was made to relate the applied pressure to the work force during forming, in order to predict the material’s behavior and optimize designs. This hydroforming diagram is an important tool for metal forming; however, it is available in the literature for only a limited number of alloys, largely due to their specific characteristics, such as sheet thickness. For this purpose, the AA 3003F alloy was selected because of its wide commercial availability and cost-effectiveness. The objective was to create a graphical diagram relating the applied pressure to the forming load, in order to predict the material behavior and optimize industrial designs. The AA 3003F alloy with a thickness of 0.4 mm was used, along with a free die to obtain a hemispherical geometry. The samples were subjected to progressive pressures ranging from 5 to 20 kgf/cm² and subsequently analyzed by optical microscopy to identify parameters and defects, resulting in the hydroforming diagram for the alloy. Subsequently, the study deepens the analysis by evaluating the influence of annealing heat treatment on the mechanical properties of the same alloy. The samples were heat-treated at three temperatures (250 °C, 325 °C, and 450 °C), followed by forming until rupture. Tensile, hardness, roughness, and microstructural analyses were performed. The results indicated significant improvements, including up to a 14% increase in ultimate strength, a 60% increase in forming height (particularly at 250 °C), and an average surface roughness of 0.65 µm suitable for industrial applications. Metallographic analysis confirmed the occurrence of strain hardening in critical regions, with no significant structural changes. Overall, the study demonstrates that the combination of hydroforming and annealing heat treatment enhances the performance of the AA 3003F alloy, making it highly suitable for industrial applications requiring strength, lightweight characteristics, and good formability.